100 великих загадок астрономии - Александр Викторович Волков

А что если кольца Сатурна, как и ближайшие к нему спутники, образовались вследствие одной и той же катастрофы? Такую догадку выдвинула в 2010 году американский астрофизик Робин Кануп. По ее предположению, в далеком прошлом вокруг Сатурна обращался еще один такой же крупный спутник, как Титан. Его ядро состояло из силикатов и железа, и он был покрыт мощным ледяным панцирем. Приблизившись к планете на расстояние, равное пределу Роша, он под действием приливных сил сбросил с себя эту ледяную оболочку, и та, постепенно распадаясь на все более мелкие части, стала кружить возле Сатурна, образовав многочисленные кольца. Что же касается железокаменного ядра спутника, оно рухнуло на Сатурн.

Расчеты показали, что кольца Сатурна когда-то весили в тысячи раз больше, чем теперь. Однако астероиды и кометы, иногда врезавшиеся в них, выбивали часть материала. Из него могли сформироваться внутренние спутники Сатурна – например, Тефия. В то же время силикаты и металлы, которые содержались в астероидах, пополняли материал колец – так появились те 5—10 % примесей, которые там обнаруживают.

Впрочем, у этой гипотезы, как и у других, о которых мы говорили, есть одни и те же недостатки. Например, после разрушения спутника возникают обломки самых разных размеров – от кубиков льда до ледяных гор, протянувшихся на десятки километров. На деле же ни одна из льдин, образовавших кольца, не превышает в длину 10 метров. Другое дело, если кольца Сатурна возникли одновременно с планетой! Тогда – из-за мощного противодействия гравитации – мелкие льдинки не могли бы сбиться даже в комья размером с дом. Кроме того, разрушение спутника, – это чистая случайность, а кольцами окружены все планеты-гиганты, поэтому в случайность не очень-то верится. Многие астрономы склонны теперь считать, что кольца вокруг планет сформировались одновременно с ними.

Значит, эти кольца состоят из вещества, сохранившегося со времен возникновения Солнечной системы? В ту пору вокруг Солнца обращался громадный газопылевой диск, из материала которого одна за другой рождались планеты. Остатки же космических заготовок – все эти ледышки и пылинки – теперь вращались среди новоиспеченных планет, постепенно скатываясь в комья спутников. Однако те могут возникнуть только в некотором отдалении от планеты, иначе быстро разрушатся. Поэтому близ планет-гигантов некоторое время сохранялись фрагменты газопылевого диска, образовавшие затем отдельные кольца. Из-за частых столкновений друг с другом, а также действия мощных приливных сил все эти крупицы и комья так и не составили один-единственный спутник. В случае если эта гипотеза верна, материал колец постоянно пополняется веществом с поверхности спутников Сатурна – иначе бы кольца испарились за несколько сотен миллионов лет.

Тем временем астрономы обнаруживают все новые кольца Сатурна. Так, несколько лет назад было замечено неизвестное прежде громадное кольцо. В принципе, системы колец планет-гигантов довольно малы по сравнению с самими планетами. По оценке астрономов, их радиус не превышает 5—10 радиусов планеты. Так, радиус самого большого из известных до недавнего времени колец Сатурна – кольца E – не превышал 10 радиусов Сатурна (его экваториальный радиус – 60 тысяч километров).

Как показывают наблюдения, внешние кольца Сатурна постоянно подпитываются пылью, вылетающей с поверхности его спутников после столкновений с микрометеоритами. Именно из нее и состоит кольцо, обнаруженное только в 2009 году. Его радиус составляет от 100 до 200 радиусов Сатурна, и сформировано оно из пыли, выброшенной с поверхности Фебы, самого далекого и темного спутника планеты. Обнаружить новое кольцо удалось благодаря инфракрасному излучению, которое оно испускает. В отличие от других колец Сатурна оно располагается не в экваториальной плоскости планеты, а в плоскости орбиты, по которой та обращается вокруг Солнца. Угол между двумя плоскостями составляет около 27 градусов.

Плотность этого кольца – всего 20 частиц на кубический километр (!). По словам астронома Энн Вербискер из Виргинского университета, руководившей исследованием, «частицы кольца располагаются так далеко друг от друга, что, если оказаться внутри него, сразу даже не заметишь этого». Тем более, что размер частиц зачастую не превышает нескольких микрометров.

Похоже, что пылинки, вылетающие из этого кольца, оседают на обращенную к нему поверхность еще одного спутника Сатурна, Япета. Это объясняет странный облик этой луны. Она отчетливо делится на две половины, светлую и темную. По оценке ученых, высота слоя пыли, покрывающего одну из ее сторон, составляет от 20 сантиметров до нескольких метров.

Возможно, тайну колец Сатурна прояснит зонд «Кассини». Окончание его миссии намечено на 2017 год, но прежде чем он сгорит в атмосфере Сатурна, он исследует его кольца, определит количество примесей, которые те содержат, и оценит массу колец.

Странные озера Титана

Немало загадок хранят и спутники Сатурна. Один из них – Титан. У громадной планеты и спутник ему под стать. Диаметр Титана – 5150 километров. Эта луна лишь немного уступает Марсу. Средняя плотность Титана, впрочем, невелика. Очевидно, он состоит из каменного ядра и обширной ледяной оболочки толщиной примерно в 80 километров.

Наблюдателю, попавшему на Титан, открылась бы удивительная картина. Высоко над горизонтом светятся огромные кольца Сатурна, рассекающие небо, словно молнии. Колышутся оранжево-красные тучи, отразившиеся в великих озерах из жидкого метана. Вулканы выбрасывают ввысь фонтаны воды и аммиака. Проносятся смерчи, проливаются метановые дожди…

Странным кажется этот мир, но все же он существует – и в последние годы все больше привлекает внимание исследователей.

С тех пор, как в 1655 году Христиан Гюйгенс открыл Титан, о нем мало что было известно. Под завесой облаков скрывалось, по словам астрономов, «самое большое белое пятно на карте Солнечной системы». Титан – единственный спутник в нашей планетной системе, окруженный плотной атмосферой, непроницаемой для оптики телескопов. Она состоит в основном из азота с примесью метана. Ее толщина достигает 300 километров. Близ поверхности Титана ее плотность примерно в 5 раз выше, а давление – в 1,5 раза выше, чем на нашей планете. Пока ученые не могут ответить на вопрос, почему у Титана такая мощная атмосфера, в то время как другие луны ее лишены.

Известный американский астроном Карл Саган после полетов зондов «Вояджер-1 и -2» первым предположил, что эта воздушная оболочка по своему составу весьма похожа на атмосферу нашей планеты в далеком прошлом. Процессы, протекающие на Титане, напоминают то, что происходило на Земле незадолго до того, как там зародилась жизнь. С тех пор разговоры об этом слышатся постоянно, хотя, по мнению ряда астрономов, сама постановка вопроса ошибочна. «Мы не можем точно установить, как выглядела тогда атмосфера Земли. Судя по имеющимся у нас моделям, она состояла в основном из азота и углекислого газа. Метан же в ней стал появляться благодаря бактериям», – отмечает геохимик Джеймс Кастинг из Пенсильванского университета.

Карта Титана

Наблюдения, проведенные в середине 2000-х годов зондами «Кассини» и «Гюйгенс», позволили узнать немало нового о Титане. Так, в июле 2006 года близ его северного полюса были обнаружены обширные темные области: сигналы радиолокатора буквально «тонули» в них. По мнению участника проекта «Кассини» Ларри Содерблома и его коллег, описавших свое открытие на страницах журнала «Nature», зонд обнаружил на Титане настоящий «озерный край». Здесь простирались десятки озер, достигавших в поперечнике от 3 до 70 километров. Они были заполнены очень чистой, прозрачной жидкостью – смесью метана и этана.

Три самых крупных озера, открытых на Титане, назвали «морями»: море Кракена, море Лигеи и море Пунги. Площадь каждого превышает 100 тысяч квадратных километров, а море Кракена можно сравнить с Каспийским морем. Его площадь – около 400 тысяч квадратных километров.

Озера распределены очень неравномерно. Ими покрыта примерно десятая часть всего северного полушария, в то время как в южном полушарии они занимают лишь 0,4 %. Первоначально астрономы полагали, что это объясняется различным составом грунта на Титане – тем, что в южной части планеты жидкость легче просачивается в грунт. Однако анализ его химического состава не выявил предполагаемых различий. Поэтому возникла догадка, что карта Титана разительно меняется в зависимости от сезона. В последние годы дожди шли в основном в северном полушарии, и здесь образовались многочисленные озера, в то время как на юге наступила засуха. Проблема в том, что эта гипотеза может объяснить лишь появление озер глубиной несколько метров. Однако в среднем их глубина на Титане составляет несколько сотен метров. За пятнадцать лет, пока в этой части планеты идут затяжные дожди (год здесь длится 29,5 земных лет), озера такой глубины не могут появиться или полностью высохнуть. Может быть, осадки, выпадающие на Титане, распределены очень неравномерно? Метан, испаряясь в южном полушарии планеты, перетекает на север и там проливается дождями – поэтому там больше озер?